Nanodruty – po raz pierwszy w Polsce
Unikatowa w kraju aparatura badawczo-pomiarowa w
Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk umożliwi
naukowcom wytwarzanie i zbadanie nowych rodzajów
nanostruktur półprzewodnikowych – drutów kwantowych.
W przyszłości dzięki nanodrutom będzie można budować
m.in. tanie i szybkie detektory do walki z zagrożeniami
terrorystycznymi lub identyfikujące bakterie i wirusy.
Jak informuje Narodowe Laboratorium Technologii Kwantowych (NLTK), które
dostarczyło nowatorską aparaturę, umożliwi ona rozpoczęcie prac nad nowymi
rodzajami półprzewodnikowych struktur o rozmiarach nanometrowych.
Po raz pierwszy w Polsce będzie można wykorzystać je do budowy detektorów
pojedynczych cząsteczek chemicznych i biologicznych oraz kropek kwantowych
generujących pojedyncze fotony.
"Wkrótce powinniśmy wytwarzać nanodruty zdolne wykrywać pojedyncze cząsteczki
chemiczne i biologiczne, a także zawierające kropki kwantowe emitujące
pojedyncze fotony" – zapowiada prof. dr hab. Tomasz Wojtowicz, kierownik
Środowiskowego Laboratorium Fizyki i Wzrostu Kryształów Niskowymiarowych
Instytutu Fizyki PAN.
Badania pomogą zrozumieć fundamentalne zjawiska zachodzące w nanostrukturach
kwantowych, otworzą również drogę do budowy urządzeń przeznaczonych do
zastosowań medycznych, kryptografii kwantowej i przechowywania informacji z
wykorzystaniem metod spintroniki.
Jak wyjaśnia NLTK w komunikacie, kropki kwantowe to struktury półprzewodnikowe
o rozmiarach nanometrowych we wszystkich trzech kierunkach przestrzennych.
Uwięzione w nich elektrony i dziury emitują fotony o ściśle określonych energiach.
Takie zachowanie jest charakterystyczne dla atomów, dlatego kropki często
nazywa się "sztucznymi atomami".
Dla technologii kwantowych szczególnie istotny jest fakt, że za pomocą kropek można
budować lasery i źródła pojedynczych fotonów. Źródła tego typu znajdują zastosowanie
m.in. przy przesyłaniu informacji zaszyfrowanej kwantowo, a więc w sposób
wykluczający możliwość podsłuchu.
W Instytucie Fizyki PAN kropki kwantowe wytwarzano dotychczas metodą samoorganizacji
- powstawały w sposób przypadkowy na odpowiednio spreparowanej płytce półprzewodnika.
Nowa aparatura pozwoli produkować je również z wykorzystaniem nanodrutów.
Najważniejszym odbiorcą takich kropek kwantowych będzie Wydział Fizyki Uniwersytetu
Warszawskiego, jedna z instytucji członkowskich NLTK.
Jak informuje NLTK, nanodruty mają średnicę poniżej 50 nanometrów i długość ok. 1000 nm.
Hoduje się je na płytkach półprzewodnikowych, zazwyczaj arsenku galu (GaAs), w warunkach
ultra wysokiej próżni. Aby wzrastały, niezbędne są katalizatory nanometrowych rozmiarów,
otrzymywane dzięki termicznej reorganizacji cienkiej warstwy złota naniesionej wcześniej
na półprzewodnik.{mospagebreak}"Do tej pory napylanie tej warstwy odbywało się w osobnej komorze próżniowej, skąd próbkę
trzeba było przenieść do drugiego urządzenia" – opisuje mgr Tomasz Wojciechowski z
Instytutu Fizyki PAN. Nowa komora do napylania, połączona kanałem próżniowym z
dotychczasową aparaturą, pozwoli uniknąć szkodliwego kontaktu napylonej próbki z
atmosferą.
Z olei wyposażenie skaningowego mikroskopu elektronowego w działo jonowe i
nanomanipulatory umożliwia obcinanie nanodrutów, nanoszenie na ich końcówki
platynowych lub wolframowych kontaktów, mierzenie charakterystyk prądowych, a
w przyszłości – elektrycznie indukowaną emisję pojedynczych fotonów "na żądanie".
Z nanodrutów z kontaktami elektrycznymi można wytwarzać także lasery, tranzystory polowe,
czujniki kwasowości i inne detektory. Szczególnie interesujące są potencjalne zastosowania
chemiczne i medyczne.
"Nanodrut to obiekt długi i cienki, w którym większość atomów znajduje się na powierzchni.
Jeśli coś przyklei się do tej powierzchni, pod spodem powstanie obszar zubożony w ładunki,
obejmujący nawet cały przekrój włókna. Efektem będzie znaczna zmiana oporu elektrycznego w
nanodrucie" – wyjaśnia mgr Wojciechowski. Dodaje, że detektor z pojedynczego nanodrutu jest
w stanie reagować nawet na pojedyncze cząsteczki i wirusy, a więc stężenia trudno wykrywalne
innymi metodami.
Dzięki nanodrutom w przyszłości będzie można również budować tanie i szybkie detektory do
walki z zagrożeniami terrorystycznymi lub identyfikujące bakterie i wirusy. O tym, jakie
substancje będą wykrywane, zadecyduje rodzaj powierzchni wychwytującej cząsteczki
- prace nad funkcjonalizacją powierzchni detekcyjnej już są prowadzone przez Instytut Chemii
Fizycznej PAN.
/PAP – Nauka w Polsce
Zaloguj się Logowanie